Акустический комфорт - Часть 1

Звук - 1

Если мы хотим разобраться в проблемах, связан­ных со звуком, без понимания природы звука нам не обойтись — а именно знания законов его распрост­ранения и некоторых особенностей его восприятия ухом человека.

Сам по себе звук — это колебательное движение частиц упругой среды, которое распространяется в виде волн в газообразной, твердой или жидкой среде. Если рассматривать в более узком смысле звук — это явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных. То есть, когда вы хлопнули в ладоши, ударили мячом об пол или произнесли что-то — попросту говоря, издали всего лишь один звук, и в помещении, где вы находитесь, родилась звуковая волна, обладающая своей энерги­ей. Полученная волна распространяется по помеще­нию (падающая энергия), встречается с преградой (стеной, перекрытием) и частично отражается от нее (отраженная энергия). Другая же часть энергии вол­ны, превращаясь в тепловую ее разновидность, рас­сеивается по преграде (рассеянная или поглощенная энергия). Ну а оставшейся части все же удается «про­рваться» сквозь преграду и выйти с другой ее сторо­ны (энергия прошедшая).

Весь этот раздел разделен на 3 части. В первой го­ворится о восприятии человеческим ухом падающей и отраженной волны, а во второй и третьей частях, со­ответственно — рассеянные и прошедшие волны рас­сматриваются.

Органами слуха человек воспринимает колебатель­ные движения воздуха, различая при этом их по силе и частоте. Считается, что мы слышим только звуко­вые волны в частотном диапазоне 16-20 ООО Гц, но и в этих пределах разные частоты могут воспринимать­ся человеческим ухом по-разному. Лучше всего ухо слышит частоты (500-4000 Гц) - сюда входят и раз­говор, и различный бытовой шум. И более низкие (16-500 Гц), и более высокие (2000-20 000 Гц) час­тоты воспринимаются менее качественно. Например, звук с частотой 20 000 Гц способны слышать в основ­ном младенцы. Уже в среднем возрасте максималь­ная воспринимаемая частота для большинства людей ограничивается рамками 17 000—18 000 Гц, а у стари­ков верхняя частная планка обычно не превышает 15 000 Гц. В качестве показателя оценки звука при­нимают уровень его интенсивности L и специальные единицы измерения—децибелы (дБ). Порог  слышимости человеческих органов слуха соответствует зву­ковому давлению 0 дБ (2 • 10"⁵Па). Чтобы определить воздействие шума на слуховой аппарат человека, раз­работаны соответствующая методика и шкала А, да­ющая 

возможность оценки шума различных спектров одной цифрой в единицах дБА.

Далее поясним, что же такое прямые и отраженные звуковые волны. Вообще явление отражения звука у нас принято называть эхом, в английском языке — реверберацией. Реверберация (от латинского — отбра­сываю, отражение) — это процесс постепенного зату­хания звука в закрытых помещениях после выключе­ния его источника. Продолжительность такого зату­хания характеризуется временем реверберации, на протяжении которого его уровень звука уменьшается на 60 дБ, а его интенсивность — в 106 раз. При этом время реверберации тем больше, чем больше объем помещения и чем меньше на ограничивающих повер­хностях поглощение звука. Данный показатель явля­ется чуть ли не самым важным фактором, определяю­щим акустические качества того или иного помеще­ния. Именно время реверберации более всего влияет на слышимость речи и музыки в помещении, так как слушатели воспринимают прямой звук на фоне отра­женного. В быту явление реверберации, к примеру, можно ощутить в новой квартире, еще не заполнен­ной мебелью. В таких условиях мы слышим как пря­мой, так и отраженный от ограждающей конструкции звук, приходящий к нам с некоторым опозданием.

Все эти подробности из области физики необхо­димы, потому что без них практически невозможно понять некоторые особенности восприятия звуков ухом человека. В процессе эволюции слух человека стал таким, что наиболее комфортно воспринимает шумовую обстановку, характерную для лесной мест­ности, но не для полностью открытого (степь) или же полностью закрытого пространства (звукоизолиро­ванная комната). Просто по своей природе человеку более привычно постоянно находиться в среде, где присутствуют различные шумы малой интенсивнос­ти (в лесу абсолютной тишины не бывает никогда), но в то же время почти отсутствуют звуки громкие (шумов, действующих 

постоянно, в природе просто не существует, а присутствуют лишь действующие со­всем недолго — гром, дождь, рев животных, шум во­допада и т. д., но и они гасятся деревьями). Наиболее естественным для человеческого слуха является при­сутствие сопровождающей все звуки реверберации (сигнал, отраженный от деревьев) с запаздыванием в несколько десятых долей секунды. Такой отражен­ный сигнал в какой.-то степени усиливает первичный звук и делает его более насыщенным. В то же время меняется и тембровая окраска — поверхность дере­вьев отражает разные частоты по-разному. В степи же отраженный звук практически не встречается, если не считать идущий от земли, да и тот значительно га­сится ее неровностями и травяным слоем. В резуль­тате человек, воспринимая только прямой сигнал, теряет ощущение комфортности, потому что звук ста­новится менее сочным, сухим.

По утверждению специалистов-акустиков наибо­лее комфортно ощущается время запаздывания отра­женного сигнала порядка 0,02 сек. (время запаздыва

ния отраженного звука от преграды на расстоянии 3,5 м). Сигнал, обладающий меньшим временем за­паздывания (к примеру, отраженный от преграды на расстоянии 1м — запаздывание здесь составляет не более 0,006 сек.) человеческим ухом просто не вос­принимается — получается «сухой» звук. Сигнал же, запаздывающий более чем на 1,5 сек., после наложе­ния на прямой звук, делает его неразборчивым, не­внятным — с одной стороны — все слышишь, но по­нять практически невозможно. Последний случай красноречиво подтверждает пример, когда даже при большом усилии не удается разобрать, что же все-таки объявил диктор на вокзале.

Шум на уровне в 20-30 дБА считается для челове­ка практически безопасным — это своего рода есте­ственный шумовой фон. Постоянный звук (скорее шум) в 35—50 дБА человек, в общем-то, воспринима­ет неплохо (хотя здесь все индивидуально). Допусти­мой границей для громких звуков является уровень в 80 дБА. Шумы в 80—90 дБА уже, как правило, вызы­вают неприятные ощущения, уровня 120—130 дБА — болевые ощущения, при 150 дБ наступает потеря слу­ха (необратимая), 180 дБ т- смертельный уровень. Практически любой шум достаточной интенсивнос­ти при продолжительном воздействии на человека способен привести к снижению слуховой активнос­ти различной степени (при высоких уровнях шума слух ослабевает через 1—2 года, при средних — через 10--12 лет). Помимо всего прочего шум оказывает негативное влияние на органы зрения и вестибуляр­ный аппарат, ощутимо снижает рефлекторную дея­тельность и в некоторых случаях способен вызвать заболевания нервной системы. Но и в полной тиши­не (без звуковых сигналов извне) человек долго на­ходиться не способен. К примеру, если человека по­местить в специальную полностью звукоизолирован­ную камеру, то он уже через 10 минут будет испытывать сильное беспокойство, а через 15 минут в ушах 

начинается звон — срабатывает защитная ре­акция организма на полную тишину. Человек в этой ситуации может впасть в панику и даже получить сильнейший стресс. Для людей наиболее комфортен шумовой фон в 25 дБА—мы его практически не слы­шим, зато нас и не угнетает «звенящая» тишина.

То есть для того, чтобы с комфортом воспринимать речь и музыку, человеку нужно располагаться в бла­гоприятных для него условиях — в помещении, где нет ни очень сильных длительных шумов, ни абсо­лютной тишины, но в то же время имеется неболь­шое время запаздывания звука, ну и, разумеется, от­сутствуют посторонние шумы, поступающие извне. Именно поэтому сложно найти человека, которому бы не понравилось слушать органную, симфоничес­кую или фортепьянную музыку в концертном зале, но туже самую музыку, передаваемую по телевизору или воспроизводимую проигрывателем, любят не многие. Как раз не хватает того самого отраженного и слегка запаздывающего звука, да и зачастую отвлекают по­сторонние шумы дома. Если же смотреть концерт или транслировать его стереозапись в помещении, где, помимо звука из динамиков, появится отраженный сигнал со временем запаздывания, соответствующим концертному залу, музыка будет восприниматься по­чти так же, как в этом самом зале.